WO2018051540A1 - 移動測定装置 - Google Patents

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WO2018051540A1
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subject
distance
foot
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山田　幸光
慶悟 若菜
高井　大輔
哲隆 百田
平四郎 不藤
廣則 高山
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アルプス電気株式会社
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    • G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • G01C21/183—Compensation of inertial measurements, e.g. for temperature effects
    • G01C21/185—Compensation of inertial measurements, e.g. for temperature effects for gravity
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    • G01C22/00—Measuring distance traversed on the ground by vehicles, persons, animals or other moving solid bodies, e.g. using odometers, using pedometers

Definitions

  • the present invention relates to a movement measuring device that measures information on walking and running of a subject.
  • the monitoring system described in Patent Document 1 includes a monitoring slave unit and a monitoring master unit, the monitoring slave unit transmits radio signals having different frequencies, and the monitoring master unit detects from the received radio signal. Based on the calculated spatial feature value, the human motion in the transmission area corresponding to the radio signal is monitored.
  • the stride measurement system described in Patent Document 2 includes a first radio mounted on one leg and a second radio mounted on the other leg.
  • the second radio transmitted from the first radio
  • the relative displacement of the other foot is calculated based on the intensity of the radio wave received at.
  • the detection result by the acceleration sensor includes noise, and if the walking distance is calculated from this detection result, the noise included in each detection result is accumulated, resulting in a large measurement error and reduced accuracy. There is a problem of doing.
  • an object of the present invention is to provide a movement measuring device that can accurately measure the movement distance of a subject regardless of the radio wave environment.
  • the movement measuring device of the present invention is based on an acceleration sensor that is worn on one foot of a subject, a first state detection unit that detects a ground contact state of one foot, and a detection result by the acceleration sensor.
  • a distance calculation unit that calculates a movement distance of the subject and a correction unit that corrects the position of the subject during a period in which the first state detection unit detects that the foot is in contact with the ground. Is characterized in that the movement distance from the position corrected by the correction unit is calculated.
  • the position can be corrected (offset) each time the subject touches down ( laminates), so that noise included in the detection result by the acceleration sensor does not accumulate, so that the movement distance can be calculated accurately. it can.
  • it is based on the detection result by the acceleration sensor it is possible to calculate the movement distance without being affected by the radio wave environment.
  • the first state detection unit is disposed on at least a heel portion of the subject's foot. As a result, it is possible to easily and reliably detect the grounding and takeoff of the foot of the subject who is walking.
  • the first state detection unit has an acceleration sensor, and the first state detection unit has passed a predetermined time after the change in acceleration in the gravitational direction detected by the acceleration sensor becomes zero.
  • the first state detection unit includes a takeoff sensor that detects ground contact and takeoff of one foot. As a result, it is possible to quickly and reliably detect the contact and grounding of the subject's foot.
  • the correction by the correction unit is performed for each predetermined number of steps of the subject. Thereby, it is possible to correct the position of the subject and suppress the accumulation of noise, and thereby to calculate the movement distance with high accuracy. Further, by correcting every few steps, it is possible to improve the accuracy of moving distance calculation while maintaining the calculation accuracy at a certain level.
  • the movement measuring device of the present invention includes an angular velocity sensor that is worn on one leg of the subject and a route calculation unit that calculates a route traveled by the subject, the route calculation unit including a position corrected by the correction unit, a distance It is preferable to calculate the movement route of the subject based on the distance calculated by the calculation unit and the detection result by the angular velocity sensor. Accordingly, the moving distance and moving direction of the subject person can be calculated, and the moving route can be calculated by continuing the calculation.
  • the correction unit corrects the output value of the angular velocity sensor to a predetermined value based on the ground contact of one foot detected by the ground sensor.
  • the output value of the angular velocity sensor can be corrected every time the foot touches the ground, so even if an offset error occurs due to temperature drift, etc., this can be corrected each time the ground is touched, so the detection accuracy of the angular velocity sensor can be maintained. it can.
  • the second state detection unit that is disposed on the other leg of the subject and detects the ground contact state of the other leg, the detection result by the first state detection unit, and the second state A determination unit that determines whether the subject is in a walking state or a running state based on a detection result by the detection unit, and the distance calculation unit calculates a walking distance or a traveling distance according to a determination result by the determination unit. It is preferable to calculate. Thereby, the movement state of the subject can be determined, and the movement distance can be appropriately calculated according to the movement state.
  • the present invention it is possible to provide a movement measuring device that can accurately measure the movement distance of a subject regardless of the radio wave environment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the movement measuring apparatus 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of a state in which the subject 40 is walking on the ground E as seen from the side.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the flow of processing by the movement measuring apparatus 10.
  • FIG. 1 the figure which looked at the shoe 20 from the side is shown.
  • FIG. 2 although not shown, a shoe 20 described below is attached to at least the right foot 41 indicated by a solid line.
  • the receiving unit 31, the control unit 32, the calculation unit 33, the operation unit 34, and the display unit 35 are provided in the external device 30.
  • the acceleration sensor 21, the piezoelectric sensor 22, the processing unit 23, and the transmission unit 24 may be provided only on the shoes of one foot of the subject, but may be provided on the shoes of both feet.
  • the acceleration sensor 21 is provided on the heel portion 20h of the shoe 20 of the subject.
  • the acceleration sensor 21 detects a force when the mass moves along the direction of acceleration.
  • the acceleration sensor 21 includes a beam that supports the mass and a strain sensor that detects the deflection of the beam.
  • the amount of strain detected at is proportional to the force.
  • the three axes are the vertical direction of the shoe (the vertical direction in FIG. 1), the front-rear direction (the horizontal direction in FIG. 1), and the width direction perpendicular to these two directions (the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1). Is set.
  • the detection result by the acceleration sensor 21 is output to the processing unit 23.
  • the piezoelectric sensor 22 is provided on the heel portion 20h of the shoe 20.
  • the piezoelectric sensor 22 is, for example, a piezoelectric element that detects displacement in the thickness direction, and is arranged so that the thickness direction corresponds to the vertical direction of the shoe 20 so as to detect a change in force applied in the direction of gravity as an impact sensor. Is done.
  • the piezoelectric sensor 22 can detect that the shoe 20 is in contact with the ground E, that is, that the right foot 41 is grounded. Furthermore, the piezoelectric sensor 22 has a gravitational force of a predetermined magnitude or more until the entire shoe sole is grounded as shown in FIGS. 2B and 2C and kicked out by the toe 43 as shown in FIG. Continue to detect direction force. After that, as shown in FIG.
  • the piezoelectric sensor 22 when the shoe 20 is taken off, the force in the gravity direction applied to the piezoelectric sensor 22 is rapidly reduced. Therefore, the piezoelectric sensor 22 is used as the takeoff sensor. It is possible to detect the separation, that is, the separation of the right foot 41. Thereafter, the right foot 41 moves from the rear side to the front side in the air as shown in FIG. 2 (F), and again comes into contact with the heel 42 as shown in FIG. 2 (G). As described above, the piezoelectric sensor 22 detects, as a first state detection unit, the grounding state of the shoe 20 and the right foot 41 wearing the shoe 20, that is, the state from the grounding of the right foot 41 to the ground. .
  • the detection result by the piezoelectric sensor 22 is output to the processing unit 23.
  • the processing unit 23 measures the timing at which the shoe 20 is grounded and the detection output from the piezoelectric sensor 22 rapidly increases, and the timing at which the shoe 20 leaves the ground and the detection output from the piezoelectric sensor 22 rapidly decreases.
  • These timings, detection output data from the piezoelectric sensor 22 from the ground to the ground and the detection result by the acceleration sensor 21 are sequentially transmitted from the transmission unit 24, and these data are received by the reception unit 31 of the external device 30.
  • the received output is given to the control unit 32.
  • This transmission / reception is performed by, for example, Bluetooth (registered trademark).
  • the control unit 32 gives the data received by the receiving unit 31 to the calculation unit 33, and the calculation unit 33 performs the following calculation as a distance calculation unit and a correction unit (FIG. 3).
  • the subject unit 40 operates the operation unit 34 in accordance with an instruction displayed on the display unit 35, and based on this, the control unit 32 determines the position of the subject person 40 at this point in time. Set to the origin coordinates as the initial position before starting walking.
  • the calculation unit 33 serves as a distance calculation unit from the previous takeoff to the acceleration sensor 21.
  • the distance from the origin coordinates is calculated by integrating (accumulating) the acceleration detected in step 2 twice (step S2).
  • the calculating part 33 calculates the direction where the subject 40 walked based on the detection output of 2 axes along the front-back direction and the width direction of the shoes 20 among the 3 axes of the acceleration sensor, and the number of steps is 1 Increase.
  • the calculated distance, direction, and number of steps are given to the control unit 32 and stored in a storage unit (not shown) included in the control unit 32.
  • the calculation unit 33 When it is detected by the piezoelectric sensor 22 that the right foot 41 of the subject 40 is grounded, the calculation unit 33 functions as a correction unit after the distance calculation of (1) or in parallel with the distance calculation.
  • the position is corrected (reset) so that the position where the subject 40 is in contact with the ground is the starting point coordinates of the next walking, and calibration is performed (step S3). This correction is performed during a period (a grounding period) until the grounded right foot 41 leaves.
  • step S4 the detection mode (step S4) is entered, and after the right foot 41 has taken off (YES in step S5), detection by the acceleration sensor 21 is performed at predetermined intervals. For example, it is executed every 10 ms (step S6). Further, every time the right foot 41 comes in contact (YES in step S1), the calculation unit 33 calculates the distance, direction, and number of steps from the starting point coordinates set in the previous contact period, as described above. In addition, correction for newly setting the starting point coordinates is performed.
  • the calculation unit 33 calculates the movement distance and the movement stroke of the subject 40 based on the data stored for each contact period until the right foot 41 leaves the ground and contacts the next time (Ste S7).
  • the calculation result is given to the control unit 32 and stored in a storage unit included in the control unit 32.
  • the target person 40 instructs the end of walking by operating the operation unit 34, and the calculation unit 33 follows the movement distance of the target person 40 based on the data stored for each contact period. And the travel process is calculated.
  • FIG. 4 is a graph showing changes in the distance traveled per step with respect to the number of steps when the subject walks.
  • the distance calculation result in the case of using the movement measuring apparatus 10 of the first embodiment is shown by a line L1 connected by a small circle, and the measured value of the distance is shown by a line L2 connected by a large circle.
  • the calculation result is a numerical value of an error of about 5% with respect to the actual measurement value, and it can be seen that the measurement can be performed with high accuracy. Further, since the position is corrected for each step as described above, no error is accumulated, and the calculation accuracy of the total distance value is high.
  • the following effects are achieved according to the above embodiment.
  • (1) Based on the detection result by the piezoelectric sensor 22 as the first state detection unit, the grounding and the grounding of the subject person 40 are detected, and the position of the subject person 40 is corrected during the grounding period.
  • the noise included in the detection result by the acceleration sensor 21 is not accumulated, and the calculation unit 33 can calculate the movement distance with high accuracy.
  • (3) By disposing the piezoelectric sensor 22 on the heel portion 20h of the shoe 20, it is possible to easily and reliably detect the grounding and takeoff of the foot of the subject 40 who is walking.
  • the ground state of the right foot 41 is measured based on the detection result of the piezoelectric sensor 22 as the first state detection unit, but instead of or in addition to this, the acceleration sensor 21 May be the first state detection unit.
  • the acceleration sensor 21 May be the first state detection unit.
  • a predetermined time for example, 20 ms elapses
  • the number of devices provided in the shoe 20 can be reduced, and a compact device can be realized.
  • the detection accuracy of the ground state can be improved.
  • a mechanical switch for example, there is a switch that can be turned on / off by being deformed by a force applied when the foot is grounded, and being released when the foot is released to recover the deformation.
  • a non-contact switch for example, there is a switch that turns on and off based on a change in capacitance caused by a change in the distance between the opposing electrodes due to grounding.
  • an optical switch for example, there is a switch that emits infrared light from the shoe sole to the outside, and is turned on / off based on changes in intensity and direction of reflected light from the ground at the time of ground contact and at the time of takeoff. .
  • calibration is performed every step, which is preferable from the viewpoint of measurement accuracy.
  • it is performed every predetermined number of steps, for example, every two or three steps. Also good. As a result, it is possible to reduce the burden on the calculation by calibration while maintaining the measurement accuracy above a certain level.
  • the angular velocity sensor is provided, for example, on the heel portion 20h of the shoe 20.
  • This angular velocity sensor is, for example, a vibration type gyro sensor composed of a MEMS element, and the angular velocity is obtained from the mass of the vibrating body, the speed of the vibrating body, and the Coriolis force.
  • the detection result by the angular velocity sensor is output to the processing unit 23.
  • the timing of the detection output from the angular velocity sensor is measured, the detection output by the angular velocity sensor and its timing are sequentially transmitted from the transmission unit 24, and these data are received by the reception unit 31 of the external device 30, The received output is given to the calculation unit 33 via the control unit 32.
  • the calculation unit 33 calculates a movement distance and a movement direction of the shoe 20 as a route calculation unit based on the position corrected as the correction unit, the distance calculated as the distance calculation unit, and the angular velocity detected by the angular velocity sensor. Further, the travel route is calculated from these. These calculation results are stored in a storage unit included in the control unit 32.
  • the calculation unit 33 as a correction unit corrects the output value of the angular velocity sensor to a predetermined value when the piezoelectric sensor 22 detects that the right foot 41 of the subject 40 is grounded.
  • the piezoelectric sensor 22 detects that the right foot 41 of the subject 40 is grounded.
  • FIG. 5 is a diagram showing the state of ground contact and takeoff of both left and right feet when walking and running, and the horizontal axis is time.
  • FIG. 5A shows the grounding and separation of the feet (shoes) of the person who is walking
  • FIG. 5B shows the grounding and separation of the legs (shoes) of the person who is running.
  • the measurement subject wears the shoes 20 of the first embodiment on both the left and right feet, respectively.
  • Data sequentially transmitted from the transmission units 24 of the left and right shoes 20 is received by the reception unit 31 of the external device 30, and the reception output is given to the control unit 32.
  • the piezoelectric sensor 22 in one of the left and right shoes 20 is a first state detection unit
  • the piezoelectric sensor 22 in the other shoe 20 is a second state detection unit.
  • the control unit 32 performs the same function as the function of the movement measuring device 10 of the first embodiment, and as a determination unit, the piezoelectric sensor 22 (first state detection unit and second state detection in each of the left and right shoes 20). Part) is determined whether the subject is in the walking state or the running state.
  • FIGS. 5A and 5B there is a period in which at least one of the left and right feet is always in contact with a person who is walking, while both left and right feet are not in contact with a person who is running.
  • a person who is walking has an overlap period TO1 in which both feet are in contact between the contact time TR1 of the right foot and the contact time TL1 of the left foot. At least one of the legs is always grounded.
  • the traveling person has a period TO2 in which both feet are not in contact between the right foot contact time TR2 and the left foot contact time TL2. Yes.
  • control unit 32 as the determination unit refers to the detection results by the first state detection unit and the second state detection unit, and when the displacement is continuously detected in one or both detection results, the control unit 32 is in the walking state. It is determined that the vehicle is in the running state when the period during which no displacement is detected in any of the detection results is longer than a predetermined time, for example, 30 ms.
  • the control unit 32 gives detection output data of the piezoelectric sensor that has detected the movement state corresponding to the determination result to the calculation unit 33, and the calculation unit 33 uses the walking distance or the distance calculation unit as in the first embodiment.
  • the travel distance is calculated, and calculation as a correction unit is executed.
  • the movement state of the target person 40 can be determined by the control unit 32, and the movement distance of the target person 40 can be appropriately calculated according to the movement state as the determination result.
  • Other operations, effects, and modifications are the same as those in the first embodiment.
  • the movement measuring device is useful in that it can accurately measure the moving distance of a walking subject.

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Abstract

【課題】電波環境にかかわらずに対象者の移動距離を精度よく測定することができる移動測定装置を提供する。 【解決手段】対象者の片足に装着される加速度センサと、片足の接地状態を検知する第１の状態検知部と、加速度センサによる検知結果に基づいて対象者の移動距離を算出する距離算出部と、第１の状態検知部によって足が接地していると検知された期間において、対象者の位置を補正する補正部とを備え、距離算出部は、補正部によって補正された位置からの移動距離を算出する。

Description

移動測定装置
　本発明は、対象者の歩行や走行の情報を測定する移動測定装置に関する。
　特許文献１に記載の監視システムは、監視用子機と監視用親機とを備え、監視用子機は、互いに異なる周波数の無線信号を送信し、監視用親機は、受信した無線信号から算出した空間特徴量に基づいて、その無線信号に対応する送信エリアにおける人間の動作を監視する。
　特許文献２に記載の歩幅測定システムは、一方の足に装着された第１無線機と、他方の足に装着された第２無線機とを備え、第１無線機から発信され第２無線機で受信された電波の強度に基づいて他方の足の相対変位を算出する。
特開２０１４－１６９９０８号公報 特開２０１５－２１７２５０号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の監視システムにおいては、監視用子機の位置によっては送信した無線信号が監視用親機に届きにくい場合があり、また、電波環境が悪い場合もある。これらの場合には慣性センサなどを用いて対象となる人間の歩数を推定する必要が生じ、測定精度を一定に維持することが難しいという問題がある。
　また、特許文献２に記載の歩幅測定システムにおいては、互いに近い距離で位置が変動する両足から出される電波を受信するため、電波の伝搬経路が複雑となりやすく、足の変位の算出誤差が大きくなるおそれがある。
　これらに対して、加速度センサを足に装着し、この加速度センサによる検知結果に基づいて歩行距離を測定する方法も考えられる。しかし、加速度センサによる検知結果にはノイズが含まれており、この検知結果から歩行距離を算出すると、毎回の検知結果に含まれるノイズが累積されるために、測定誤差が大きくなり、精度が低下していくという問題がある。
　そこで本発明は、電波環境にかかわらずに対象者の移動距離を精度よく測定することができる移動測定装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の移動測定装置は、対象者の片足に装着される加速度センサと、片足の接地状態を検知する第１の状態検知部と、加速度センサによる検知結果に基づいて対象者の移動距離を算出する距離算出部と、第１の状態検知部によって足が接地していると検知された期間において、対象者の位置を補正する補正部とを備え、距離算出部は、補正部によって補正された位置からの移動距離を算出することを特徴としている。
　これにより、対象者が接地（着地）するごとにその位置を補正（オフセット）できるため、加速度センサによる検知結果に含まれるノイズが累積することがないことから、移動距離を精度よく算出することができる。また、加速度センサによる検知結果に基づいているため、電波環境に影響されずに移動距離を算出することができる。
　本発明の移動測定装置において、第１の状態検知部は、対象者の足の少なくともかかと部分に配置されていることが好ましい。
　これにより、歩行中の対象者の足の接地と離地を容易かつ確実に検知することが可能となる。
　本発明の移動測定装置において、第１の状態検知部は加速度センサを有し、第１の状態検知部は、加速度センサが検知する重力方向の加速度の変化がゼロになってから所定時間経過したときに、片足が接地したことを検知し、重力方向の加速度の変化の絶対値がゼロから増加してから所定時間経過したときに、片足が離地したことを検知することが好ましい。
　これにより、対象者の足の接地および離地を検知するための追加のセンサを設けることがなくなるため、構成要素を少なくしたコンパクトな装置を実現できる。
　本発明の移動測定装置において、第１の状態検知部は、片足の接地および離地を検知する離地センサを備えることが好ましい。
　これにより、対象者の足の接地と離地を迅速かつ確実に検知することができる。
　本発明の移動測定装置において、補正部による補正は、対象者の所定の歩数ごとに実行されることが好ましい。
　これにより、対象者の位置を補正してノイズの累積を抑えることができ、これによって高精度の移動距離算出を行うことができる。また、数歩ごとに補正することにより、算出精度を一定レベルに維持しつつ、移動距離算出の精度を高めることができる。
　本発明の移動測定装置において、対象者の片足に装着される角速度センサと、対象者が移動した経路を算出する経路算出部とを備え、経路算出部は、補正部が補正した位置と、距離算出部が算出した距離と、角速度センサによる検知結果とに基づいて、対象者の移動経路を算出することが好ましい。
　これにより、対象者の移動距離と移動方向を算出でき、これを継続することによって移動経路を算出することが可能となる。
　本発明の移動測定装置において、補正部は、離地センサが検知した片足の接地に基づき、角速度センサの出力値を所定値に補正することが好ましい。
　これにより、足が接地するごとに角速度センサの出力値を補正できるため、温度ドリフトなどでオフセット誤差が生じても、接地のたびにこれを補正できることから、角速度センサの検知精度を維持することができる。
　本発明の移動測定装置において、対象者の他方の足に配置され、上記他方の足の接地状態を検知する第２の状態検知部と、第１の状態検知部による検知結果と第２の状態検知部による検知結果に基づいて、対象者が歩行状態と走行状態のいずれであるかを判断する判断部とを備え、距離算出部は、判断部による判断結果にしたがって、歩行距離または走行距離を算出することが好ましい。
　これにより、対象者の移動状態を判断でき、その移動状態に応じて移動距離を適切に算出することができる。
　本発明によると、電波環境にかかわらずに対象者の移動距離を精度よく測定することができる移動測定装置を提供することができる。
本発明の第１実施形態に係る移動測定装置の構成を示すブロック図である。 対象者が地面の上を歩行している様子を側方から見た概念図である。 本発明の第１実施形態に係る移動測定装置による処理の流れを示すフローチャートである。 対象者が歩行したときの歩数に対して１歩あたりに進んだ距離の変化を示したグラフである。 歩行したときと走行したときの左右両足の接地と離地の状態を示す図である。
　以下、本発明の実施形態に係る移動測定装置について図面を参照しつつ詳しく説明する。
＜第１実施形態＞
　図１は、第１実施形態に係る移動測定装置１０の構成を示すブロック図である。図２は、対象者４０が地面Ｅの上を歩行している様子を側方から見た概念図である。図３は、移動測定装置１０による処理の流れを示すフローチャートである。図１においては、靴２０を側方から見た図を示している。図２においては、図示は省略しているが、少なくとも実線で示す右足４１に、以下に説明する靴２０を装着している。
　図１に示すように、移動測定装置１０は、
（１）測定の対象者が装着する片足の靴２０の内部に設けられた、加速度センサ２１、圧電センサ２２、処理部２３、および、送信部２４と、
（２）外部装置３０に設けられた、受信部３１、制御部３２、演算部３３、操作部３４、および、表示部３５とからなる。
　ここで、加速度センサ２１、圧電センサ２２、処理部２３、および、送信部２４は、対象者の片足の靴のみに設けてもよいが、両足の靴にそれぞれ設けてもよい。また、靴の内部ではなく外側に設けてもよく、また、ユニット化して、靴を介さずに対象者の片足に直接装着してもよい。
　加速度センサ２１は、対象者の靴２０のかかと部分２０ｈに設けられている。この加速度センサ２１は、質量が加速度の向きに沿って移動するときの力を検知するものであり、例えば、質量を支持する梁と、梁の撓みを検知する歪センサとから構成され、歪センサで検知される歪量が前記力に比例する。質量と梁と歪センサとから成るセンサ部は３組設けられており、互いに直交する基準座標軸の３軸方向の加速度を検知できるように、それぞれの梁の撓み方向が３軸のそれぞれの方向に向けられている。３軸は、靴の上下方向（図１の上下方向）と、前後方向（図１の左右方向）と、これらの２方向に垂直な幅方向（図１の紙面に垂直な方向）とにそれぞれ設定される。加速度センサ２１による検知結果は処理部２３に出力される。
　圧電センサ２２は、靴２０のかかと部分２０ｈに設けられている。圧電センサ２２は、例えば、その厚み方向の変位を検知する圧電素子であり、衝撃センサとして重力方向において加わる力の変化を検知するように、厚み方向が靴２０の上下方向に対応するように配置される。
　図２（Ａ）、（Ｇ）に示すように、一般に、歩行している者は地面に対してかかとから接地する。したがって、対象者４０が、かかと４２から右足４１を地面Ｅに接地すると、その衝撃によって靴２０のかかと部分２０ｈに設けた圧電センサ２２にかかる重力方向の力が急激に増加する。このため、圧電センサ２２は、靴２０が地面Ｅに接したこと、すなわち右足４１が接地したことを検知することができる。さらに、圧電センサ２２は、図２（Ｂ）、（Ｃ）に示すように靴底全体が接地し、図２（Ｄ）に示すようにつま先４３で蹴り出すまで、所定以上の大きさの重力方向の力を検知し続ける。その後、図２（Ｅ）に示すように靴２０が離地すると、圧電センサ２２にかかる重力方向の力が急激に減少するため、圧電センサ２２は、離地センサとして、靴２０が地面Ｅから離れたこと、すなわち右足４１の離地を検知することができる。その後、右足４１は、図２（Ｆ）に示すように、空中で後側から前側へ移動し、図２（Ｇ）に示すように再びかかと４２から接地する。
　以上のように、圧電センサ２２は、第１の状態検知部として、靴２０、および、この靴２０を装着した右足４１の接地状態、すなわち、右足４１の接地から離地までの状態を検知する。
　圧電センサ２２による検知結果は処理部２３に出力される。処理部２３では、靴２０が接地して圧電センサ２２からの検知出力が急増したタイミングと、靴２０が離地して圧電センサ２２からの検知出力が急減したタイミングとが測定される。これらのタイミングと、接地から離地までの圧電センサ２２からの検知出力データと、加速度センサ２１による検知結果とが送信部２４から逐次送信され、これらのデータは外部装置３０の受信部３１で受信され、その受信出力が制御部３２へ与えられる。この送受信は、例えばブルートゥース（登録商標）によって行われる。
　制御部３２は、受信部３１で受信したデータを演算部３３へ与え、演算部３３は、距離算出部および補正部として以下の演算を行う（図３）。ここで、対象者４０は、歩行を始める際に、表示部３５に表示される指示にしたがって操作部３４を操作し、これに基づいて制御部３２は、この時点における対象者４０の位置を、歩行を始める前の初期位置としての原点座標に設定する。
（１）圧電センサ２２により対象者４０の右足４１が接地したことが検知されると（図３のステップＳ１でＹＥＳ）、演算部３３は、距離算出部として、前の離地から加速度センサ２１によって検知された加速度を２回時間積分（積算）することによって、原点座標からの距離を算出する（ステップＳ２）。また、演算部３３は、加速度センサの３軸のうちで靴２０の前後方向および幅方向に沿った２軸の検知出力に基づいて対象者４０が歩行した方向を算出し、また、歩数を１つ増加する。算出された、距離、方向、および、歩数は制御部３２に与えられ、制御部３２が備える記憶部（不図示）に保存される。
（２）演算部３３は、圧電センサ２２により対象者４０の右足４１が接地したことが検知されると、上記（１）の距離算出の後に、または、距離算出と並行して、補正部として、対象者４０が接地している位置を、次の歩行の出発点座標とするように、位置を補正（リセット）し、キャリブレーションを行う（ステップＳ３）。この補正は、接地している右足４１が離地するまでの期間（接地期間）に行う。
（３）上記（１）、（２）の処理が実行されると検出モード（ステップＳ４）となり、右足４１が離地した後（ステップＳ５でＹＥＳ）、加速度センサ２１による検知を、所定時間ごとに、例えば１０ｍｓごとに実行する（ステップＳ６）。また、右足４１が接地するたびに（ステップＳ１でＹＥＳ）、上記と同様に、演算部３３は、前回の接地期間で設定された出発点座標からの距離、方向、および、歩数を算出し、また、新たに出発点座標を設定する補正を行う。
（４）演算部３３は、右足４１が離地して、次に接地するまでの間に、接地期間ごとに保存されたデータに基づいて、対象者４０の移動距離と移動行程を算出する（ステップＳ７）。この算出結果は、制御部３２に与えられ、制御部３２が備える記憶部に保存される。
（５）対象者４０は、操作部３４を操作することによって歩行の終了を指示し、これにしたがって、演算部３３は、接地期間ごとに保存されたデータに基づいて、対象者４０の移動距離と移動行程を算出する。
　図４は、対象者が歩行したときの歩数に対して１歩あたりに進んだ距離の変化を示したグラフである。図４においては、第１実施形態の移動測定装置１０を用いた場合の距離の算出結果を小さな丸印で結んだ線Ｌ１で示し、距離の実測値を大きな丸印を結んだ線Ｌ２で示している。図４に示すように、算出結果は実測値に対して５％前後の誤差の数値となっており、精度の高い測定ができていることが分かる。さらに、上述のように１歩ごとに位置を補正しているため、誤差が蓄積しておらず、距離の合計値の算出精度も高くなっている。
　以上のように構成されたことから、上記実施形態によれば、次の効果を奏する。
（１）第１の状態検知部としての圧電センサ２２による検知結果に基づいて、対象者４０の接地と離地が検知され、接地している期間において対象者４０の位置が補正されるため、加速度センサ２１による検知結果に含まれるノイズが累積することがなくなり、これにより、演算部３３において移動距離を精度よく算出することができる。
（２）靴２０に設けた加速度センサ２１による検知結果に基づいて移動距離を算出するため、電波環境に影響されずに精度よく移動距離を算出することができる。
（３）靴２０のかかと部分２０ｈに圧電センサ２２を配置することにより、歩行中の対象者４０の足の接地と離地を容易かつ確実に検知することが可能となる。
（４）圧電センサ２２によって、対象者４０の足の接地状態を見るため、対象者の足の接地と離地を迅速かつ確実に検知することができる。
　以下に変形例について説明する。
　上記第１実施形態では、第１の状態検知部として圧電センサ２２による検知結果に基づいて右足４１の接地状態を測定していたが、これに代えて、または、これに加えて、加速度センサ２１を第１の状態検知部としてもよい。この構成においては、重力方向の加速度の変化がゼロになってから所定時間、例えば２０ｍｓ経過するまで加速度の変化がゼロのままであったときに右足４１が接地したものと検知する。また、接地してゼロとなった重量方向の加速度の変化の絶対値がゼロから増加してから所定時間にわたって加速度の変化がゼロでないときに右足４１が離地したものと検知する。圧電センサ２２を設けずに加速度センサ２１で接地状態を検知すると、靴２０の内部に設けるデバイスの数を減らすことができ、コンパクトな装置を実現できる。また、圧電センサ２２と加速度センサ２１の両方で接地状態を検知する場合には、接地状態の検知精度を向上させることができる。
　また、離地センサとしては、圧電センサや加速度センサのほか、例えば、機械的なスイッチ、非接触式のスイッチ、光学式スイッチを用いることもできる。機械的なスイッチとしては、例えば、足が接地したときに加わる力によって変形する一方で、離地したときには前記力が解除されて変形が回復することによってオンオフを可能とするスイッチがある。非接触のスイッチとしては、例えば、接地によって対向電極間の距離が変化することによって生じる静電容量の変化に基づいてオンオフするスイッチがある。また、光学式スイッチとしては、例えば、靴底から外部へ赤外光を出射させ、接地時と離地時で地面からの反射光の強度や方向が変化することに基づいてオンオフするスイッチがある。
　また、図３に示す例では、１歩ごとにキャリブレーション（位置の補正）を行っており、測定精度の観点からはこれが好ましいが、所定の歩数、例えば２、３歩ごとに行うようにしてもよい。これにより測定精度を一定以上に維持しつつ、キャリブレーションによる演算への負担を軽減することができる。
　また、角速度センサをさらに備えるとよい。角速度センサは、例えば、靴２０のかかと部分２０ｈに設ける。この角速度センサは、例えば、ＭＥＭＳ素子で構成された振動型ジャイロセンサであり、振動体の質量と、振動体の速度およびコリオリ力から角速度が求められる。角速度センサによる検知結果は処理部２３に出力される。処理部２３では、角速度センサからの検知出力のタイミングが測定され、角速度センサによる検知出力とそのタイミングは、送信部２４から逐次送信され、これらのデータは外部装置３０の受信部３１で受信され、その受信出力が制御部３２を経て演算部３３へ与えられる。
　演算部３３は、経路算出部として、補正部として補正した位置と、距離算出部として算出した距離と、角速度センサによる検知された角速度とに基づいて、靴２０の移動距離、移動方向を算出し、さらに、これらから移動経路を算出する。これらの算出結果は、制御部３２が備える記憶部に保存される。
　さらに、補正部としての演算部３３は、圧電センサ２２により対象者４０の右足４１が接地したことが検知されたとき、角速度センサの出力値を所定値に補正することが好ましい。これにより、温度ドリフトなどで角速度センサにオフセット誤差が生じても、接地のたびにこれを補正できるため、角速度センサの検知精度を維持することができる。
　＜第２実施形態＞
　図５を参照しつつ、本発明の第２実施形態について説明する。図５は、歩行したときと走行したときの左右両足の接地と離地の状態を示す図であって、横軸は時間である。図５（Ａ）は歩行している者の足（靴）の接地と離地を示し、図５（Ｂ）は走行している者の足（靴）の接地と離地を示している。
　第２実施形態の移動測定装置においては、測定の対象者は左右両足に第１実施形態の靴２０をそれぞれ履いている。左右の靴２０のそれぞれの送信部２４から逐次送信されるデータは、外部装置３０の受信部３１で受信され、その受信出力が制御部３２へ与えられる。ここで、左右のうちの一方の靴２０における圧電センサ２２を第１の状態検知部とし、他方の靴２０における圧電センサ２２を第２の状態検知部とする。制御部３２は、第１実施形態の移動測定装置１０における機能と同様の機能を果たすほか、判断部として、左右それぞれの靴２０における圧電センサ２２（第１の状態検知部と第２の状態検知部）による検知結果に基づいて、対象者が歩行状態と走行状態のいずれであるかを判断する。
　ここで、一般に、歩行している者は左右の足の少なくとも一方が常に接地しているのに対して、走行している者は左右の両足が接地していない期間がある。以下、図５（Ａ）、（Ｂ）を例にして説明する。歩行している者は、図５（Ａ）に示すように、右足の接地時間ＴＲ１と左足の接地時間ＴＬ１との間に、両足ともに接地している重なり期間ＴＯ１が存在し、全体として、左右の足の少なくとも一方が常に接地している。これに対して、走行している者は、図５（Ｂ）に示すように、右足の接地時間ＴＲ２と左足の接地時間ＴＬ２との間に、両足共に接地していない期間ＴＯ２が存在している。
　したがって、判断部としての制御部３２は、第１の状態検知部と第２の状態検知部による検知結果を参照し、一方または両方の検知結果において変位が検知され続けているときは歩行状態であると判断し、いずれの検知結果においても変位が検知されていない期間が、予め定めた所定時間以上、例えば３０ｍｓ以上あったときは走行状態であると判断する。
　制御部３２は、上記判断の結果に対応する移動状態を検出した圧電センサの検知出力データを演算部３３に与え、演算部３３は、第１実施形態と同様に、距離算出部として歩行距離または走行距離を算出し、また、補正部としての演算を実行する。これにより、制御部３２によって対象者４０の移動状態を判断でき、判断結果としての移動状態に応じて対象者４０の移動距離を適切に算出することができる。
　なお、その他の作用、効果、変形例は第１実施形態と同様である。
　本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。
　以上のように、本発明に係る移動測定装置は、歩行する対象者の移動距離を精度よく測定することができる点で有用である。
　１０　  移動測定装置
　２０　　靴
　２０ｈ　かかと部分
　２０ｔ　つま先部分
　２１　　加速度センサ
　２２　　圧電センサ
　２３　　処理部
　２４　　送信部
　３０　  外部装置
　３１　　受信部
　３２　  制御部
　３３　  演算部
　３４　　操作部
　３５　　表示部
　４０　　対象者
　４１　　右足
　４２　　かかと
　４３　　つま先

Claims (8)

  1. 　対象者の片足に装着される加速度センサと、
    　前記片足の接地状態を検知する第１の状態検知部と、
    　前記加速度センサによる検知結果に基づいて前記対象者の移動距離を算出する距離算出部と、
    　前記第１の状態検知部によって前記足が接地していると検知された期間において、前記対象者の位置を補正する補正部とを備え、
    　前記距離算出部は、前記補正部によって補正された位置からの移動距離を算出することを特徴とする移動測定装置。
  2. 　前記第１の状態検知部は、前記対象者の足の少なくともかかと部分に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の移動測定装置。
  3. 　前記第１の状態検知部は前記加速度センサを有し、
    　前記第１の状態検知部は、前記加速度センサが検知する重力方向の加速度の変化がゼロになってから所定時間経過したときに、前記片足が接地したことを検知し、重力方向の加速度の変化の絶対値がゼロから増加してから所定時間経過したときに、前記片足が離地したことを検知することを特徴とする請求項２に記載の移動測定装置。
  4. 　前記第１の状態検知部は、前記片足の接地および離地を検知する離地センサを備えることを特徴とする請求項２に記載の移動測定装置。
  5. 　前記補正部による補正は、前記対象者の所定の歩数ごとに実行されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の移動測定装置。
  6. 　前記対象者の片足に装着される角速度センサと、前記対象者が移動した経路を算出する経路算出部とを備え、
    　前記経路算出部は、前記補正部が補正した位置と、前記距離算出部が算出した距離と、前記角速度センサによる検知結果とに基づいて、前記対象者の移動経路を算出することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の移動測定装置。
  7. 　前記補正部は、前記離地センサが検知した前記片足の接地に基づき、前記角速度センサの出力値を所定値に補正する請求項６に記載の移動測定装置。
  8. 　前記対象者の他方の足に配置され、前記他方の足の接地状態を検知する第２の状態検知部と、
    　前記第１の状態検知部による検知結果と前記第２の状態検知部による検知結果に基づいて、前記対象者が歩行状態と走行状態のいずれであるかを判断する判断部とを備え、
    　前記距離算出部は、前記判断部による判断結果にしたがって、歩行距離または走行距離を算出することを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の移動測定装置。
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